导言
理论上只要我们给氢原子核提供一定的能量，其可能会释放出更多的能量。这个过程我们称之为核聚变。如果我们能让聚变能实用化，那么我们就再也不需要担心能源问题了。（没听清楚？我说的是如果！）
这并不是一个很疯狂的想法，因为毕竟太阳内核就是一直在进行着聚变反应。正是看中了聚变能源的前景，研究人员在过去的几十年间一直在向这方面努力。并且，他们还偶尔会取得一些进展。比如在去年的冬天，科学家们就在距离聚变能源的路途上更近了一步。
但是在这条道路上还存在着数不清的科学和工程上的障碍。事实上，我们现在可能都不清楚这些障碍具体是什么。即使这样，由于聚变能实用化后的前景过于诱人，许多国家仍然每年投入大把的钞票进行聚变研究。这篇文章的主要目的就是为了告诉你人类目前在聚变能这条道路上已经走了多远和未来还有多远要走。
什么是热核聚变？
答：热核聚变是指两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核，同时释放出大量的能量。
宇宙中的恒星上热核聚变现象是非常普遍的。例如，在太阳的内核中，高温和高压的环境使得氢原子核聚合到一起，生成氦核的同时释放能量。这些无时不刻都在太阳上进行的聚变反应正是太阳发光发热的能量来源。所以，研究聚变能在某种程度上就等同于在地球上制造一个微型的恒星。
聚变反应违反物理规律？
答：当然不。当原子核发生聚变反应时，它们会损失一部分质量，这些质量亏损会转化为能量的释放。聚变反应源于爱因斯坦著名的质能方程E=mc2。质能方程指出纯粹的能量和物质质量可以互相转化（此处的E代表能量，m代表质量，c代表真空中的光速）。
我们的核电站在进行聚变反应吗？
答：不。目前在运行的核电站中其反应堆内发生的是裂变反应。其物理过程和聚变反应正好相反，是较重的核裂变为较轻的核。相对来说，单次聚变反应所产生的能量多于裂变反应。
为何太阳上这么容易发生聚变反应？
答：太阳比地球质量大333000倍。巨大的质量产生了超强的重力，随之而来的是超高的压力。这样的高压加上2700万华氏度的高温提供了发生聚变反应所需的环境条件。
那在地球上怎么实现聚变反应？
答：我们没有能力复制太阳的重力场及其压力，所以研究人员就必须为聚变反应提供比太阳更高的温度。由于其需要的温度达上亿华氏度。因此，研究人员想了各种办法对氢原子进行加热，包括粒子束、电磁场和激光。
由于聚变反应的温度很高，此时反应的燃料——氢气将变成等离子体状态。在这种状态下，气体原子电离为带电的正负离子。例如，星球和闪电，甚至霓虹灯中的发光物质都属于等离子体。
科学家对可控聚变已经进行了几十年的研究。聚变研究目前的最重要的目标就是建造一座产生的能量比自身消耗能量更多的反应堆（即实现能量的净生成）。
这和冷聚变一样吗？
答：不。冷聚变指的是理论上在常温下也能发生聚变反应。目前，还没有人成功实现过冷聚变。虽然近年来多次有人宣称实现了冷聚变，但是最终都被证明是假消息。科学家们则对热核聚变更感兴趣并从上世纪30年代左右就开始了相关研究。目前可控热核聚变最大的挑战就是如何使其实用化。
目前可控核聚变有哪些实现路径？
答：目前有很多种关于可控核聚变的概念。下面提供两种最有实现可能性的选项。
1、磁约束
磁约束的基本原理是利用磁铁产生磁场将等离子体约束在一定的范围内，并使用粒子束、微波和无线电波对其进行加热。研究人员使用看起来像甜甜圈一样的“托克马克”装置进行聚变实验（这个奇怪的形状能帮助约束等离子体）。
在90年代，欧洲的托克马克装置JET实现了16MW的聚变功率，维持了不到一秒的时间。总的来说，JET大约可以将注入其内部的能量的65%转化为聚变功率。
近年来，一个国际团队正在进行有史以来最大的聚变堆的建造。它就是ITER国际热核聚变试验堆。ITER的目标是实现500MW的聚变反应功率，这相当于一个一般规模的核电站的功率水平。ITER计划的单次反应持续时间将延长至数秒。并且，研究人员期望能够在ITER上实现产生的能量比消耗的多10倍这个目标。
但是，ITER目前遇到了困难：项目严重拖期且预算大幅超标（翻了三倍，目前预计耗资220亿美元）。
2、惯性约束
这就是位于Livermore, California的国家点火装置（National Ignition Facility）所采用的路径。其包含有192部激光器。
NIF将激光束照射到一个很小的黄金制造的罐子上并将其蒸发，同时释放出X射线。这些X射线作用到一个比胡椒子还小的球型氢燃料上，对其进行加热的同时将其压缩，形成等离子体。很小比例的等离子体会发生聚变产生生成氦核并释放出能量，全部过程在一瞬间完成。
2014年2月，NIF的研究人员首次报告说氢燃料球释放出的能量已经高于其吸收的能量。目前该技术离为人类提供能源还相差甚远。因为，实验中的激光器消耗的能量是燃料球释放的能量的约100倍。但是，该项目还是很有前途的。目前的实验结果和NIF的计算机程序估计值符合得很好，这就表明科学家对聚变反应中等离子体的物理规律的了解又更近了一步。
哪种聚变反应方法更有可能成功呢？
答：如果硬要做出选择的化，大多数人可能更愿意为“托克马克”装置投资。这是因为聚变研究只是NIF装置的附带任务，其主要任务是服务于美国核武库测试和维护方面的研究。
但是，很有可能这两种路径都走不通。目前，研究人员所开展的都是实验研究，并不会连接到电网。相对于建造一座能持续进行聚变反应的实用的电站，目前的成就——建造一个能在一瞬间进行聚变反应的机器，还不值一提。
有人指出，成功建造一座商用的聚变电站所面临的工程上的困难可能比人类首次实现聚变反应还要难得多。
聚变能获取为什么这么困难？
答：原因之一就是需要对付难缠的等离子体。由于等离子体在地球上并不常见，所以在人们开始研究聚变能之前，人们对其知之甚少。
等离子体很难控制：聚变反应中的等离子体温度高达几亿华氏度。因此不能指望用一个容器把它装起来，因为容器必然会熔化。所以要么用电磁场将其完全约束起来，要么很快完成反应（持续时间小于十亿分之一秒，此时就不需要考虑约束它的问题）。
等离子体很难压缩：如果不能从各个方向完全均匀地压缩等离子体，它就会在任何可能的方向溃散。对此，《科学美国人》中有这样精辟的解释：想象自己手握一个很容易压扁的气球，然后尽可能将其压缩到最小。无论你怎么均匀地用力，气球总是会从指间挤出来。等离子体的压缩也是类似的。当科学家像将其压缩到一个足够发生聚变反应的球型空间时，等离子总是能找到地方喷射出来。
我们能成功利用聚变能么？
答：广泛流传的说法是，ITER将在2020年实现等离子体生成，在2027年实现聚变反应。但是自从该项目启动以来，各种延迟不断，甚至最近的回顾发现ITER的管理存在诸多问题。所以，这些节点需要打一个大大的问号。
大体上在很长时间内聚变研究一直在承诺其将在20年内成功。传播这些言论的包括一些疯子、鼓吹者和一些意愿良好但过分乐观的科学家。有悲观的言论认为聚变能永远不能实现（可以参考记者Charles Seife几年前撰写的报道）。
聚变堆听起来很危险啊？它会毁灭美国么？
答：完全不。聚变能之所以让人们这么兴奋的一个重要原因就是其超高的安全性，其安全性远高于目前在运行的核电厂里的裂变反应堆，更不用说炸弹了。
那可能发生像福岛核电站那样的堆芯融化事故么？
答：完全不是问题。首先，为了使等离子体达成发生聚变的条件，需要对其进行非常精细的控制。因此，只要聚变堆出现任何一点问题，等离子体会失去发生聚变反应所必须的环境条件，反应马上就会停止。所以聚变堆完全不用担心发生堆芯融化那样的事故。
此外，跟裂变反应不同，聚变反应不需要使用类似铀这样的核燃料，不会产生长寿命的高放射性核废料。在聚变反应系统中发生反应的是氢的同位素以及氚生成系统加入的一些锂元素，反应的产物则为氦气（即人们开派对时用的气球中填充的物质）和一些中子。
所以聚变堆就完全不存在风险了？
答：没有什么是绝对安全的，当然聚变堆也不例外。下面就来列举几项：
中子辐射：聚变反应会产生高能中子，虽然中子自身的放射性并不高，但它与反应堆壁面材料作用后会使得其变得具有放射性（但这类放射性的残留时间通常不会像现在的核电站中的反应堆材料那么长）。
氚燃料：氚是目前的聚变实验中常用的一种氢的同位素。其放射性非常弱。EPA（Environmental Protection Agency 美国环保署）表示, 由于氚放射性很低，同时其在人体内的停留时间相对较短，因此即便摄入了一定量的氚，其也是放射性最低的一种核素了。同时，由于反应时氚的用量很小，即便发生了泄漏其对环境的污染也是微乎其微的。
聚变的核燃料缺乏么？
答：至少可以维持人类使用上千代。物理学家偏爱使用氘和氚两种氢的同位素进行聚变反应，因为其反应条件相对较容易。
氘在自然界水中是自然存在的，并且其含量相对较高，总量是充足的。并且，聚变反应需要的核燃料量很少（几加仑的水中的氘产生的能量和一艘超级油轮装载的全部原油的能量相当），因此完全不需要担心水资源枯竭的问题。
氚则完全是人造的。它可以通过现在的裂变反应堆来生产，或者通过在聚变堆中加入锂元素来产生。虽然陆地上的锂资源不算特别丰富，但是海水中的锂元素足够支持人类30000年的聚变能使用。
既然太阳已经在进行聚变反应了，为什么不直接使用太阳能电池板呢？
答：很多人宣称太阳能（当然还有很多其他形式的能源）是比聚变能更好的选择。聚变研究是否值得花费大量的资金至今依然存在很多争论。
但是太阳能的主要问题之一是：并不是任何时间都有充足的阳光。如果我们完全依靠太阳能，那么我们就需要很大容量的电池来存储能量，而这样的储能技术目前还没有被研发出来。就像我们现在使用的化石燃料和使用裂变反应技术的核电站，聚变能可以在任何时间任何地点提供能源。
我自己能完成聚变反应吗？
答：尽管反应中的电压非常高，但是有可能！几年前，一个14岁的学生在他的地下室建造了一个聚变反应堆。现在你可以在网络上找到详细的建造指南（有一篇文章“How to Build a $1000 Fusion Reactor in Your Basement”）。祝你好运，玩得愉快！